wanlufei 的题本
初一数学·约 10 分钟·二维图解

第6题 · 圆环与L形阴影,共用同一个平方差

原图的灰色是大小两个正方形之间的L形,不是四分之三圆环。大圆半径R、小圆半径r也分别是两正方形边长;圆环π(R²−r²)=8,阴影R²−r²=8/π。用取出小圆片、小正方形的分步演示比较两个面积差。

题目

如图 4-3-1,两个同心圆,圆环的面积是 8,则阴影部分的面积是________。(结果保留 π)

O
两个同心圆与两层方框,灰色为大正方形去掉小正方形后的L形。

答案:阴影面积为8/π。关键是认清灰色边界:它是两层正方形之间的L形,不是圆环剩下的四分之三。

以下按原图两层正方形框的通常图示理解。把大圆半径记为大写R,小圆半径记为小写r,R>r>0;O是两圆共同的圆心。R和r是两个不同的量,不能忽略大小写。原题没有给半径数值或长度单位,也不需要从画面比例另猜一个半径比。

需要用到正方形面积、圆面积和乘法分配律。π表示圆周率。

先看灰色由哪些边围成

ORr
两个同心圆与两层方框,灰色为大正方形去掉小正方形后的L形。大圆半径为大写R,小圆半径为小写r。

从O出发,大方框的两条邻边都到大圆上,长度均为R;小方框的两条邻边都到小圆上,长度均为r。因此两层正方形的面积分别为R²、r²。

灰色沿大方框的右边和下边延伸,小方框内部没有灰色。它还有一部分落在大圆外。先沿直线边界辨认这块区域,不能因为看到直角就套圆心角份额。

圆环:大圆减去小圆

单独把大圆分成“圆环+小圆片”。将小圆片移到旁边,只是为了看清被减去的那一部分,移动不改变面积。

O
圆环留在左侧;带斜纹的小圆片向右移到一旁,面积保持不变。虚线只标原位置,斜纹表示取出的那一片,不是另加一份。分解图为方便阅读重新缩放,同一图中所有部分使用同一长度比例。
S圆环=πR2−πr2.S_{\text{圆环}}=\pi R^2-\pi r^2.

两个圆的面积都乘同一个π。根据分配律,作差后这个共同乘数仍可放在外面:

πR2−πr2=π(R2−r2).\pi R^2-\pi r^2=\pi(R^2-r^2).

如果这一步不熟,可以先看10×5−10×2=10×(5−2)。本题把共同乘数10换成π,把5、2换成R²、r²,依据相同,不是照着外观猜比例。

阴影:大正方形减去小正方形

ORr
L形阴影保持原位;带斜纹的小正方形向右移到一旁,面积保持不变。虚线只标原位置,斜纹表示取出的那一片,不是另加一份。分解图为方便阅读重新缩放,同一图中所有部分使用同一长度比例。大圆半径为大写R,小圆半径为小写r。

把小正方形移到一旁,留下的恰好就是原图的L形阴影:

S阴影=R2−r2.S_{\text{阴影}}=R^2-r^2.

现在把阴影面积记作大写S。它就是上一式括号里的R²−r²,因此:

S圆环=π(R2−r2)=πS.S_{\text{圆环}}=\pi(R^2-r^2)=\pi S.

这里的π倍来自两个面积公式,不需要知道R、r各是多少,也无需利用小方框的远角是否恰好落在大圆上。

已知圆环面积8,求阴影

把题目的8代入圆环面积,得到πS=8。π不为0,两边同除以π:

S=8π.S=\frac8\pi.

代回核对:π×(8/π)=8,正好回到题目给出的圆环面积。

题干给的是8,不能把它改成8π。“结果保留π”在这里也与答案8/π一致。

听讲解,看两次“大减小”

固定讲解使用原题面积8,最后用面积12的同类图示范条件变化。每段结束会暂停,先指出保留的区域和被移出的图形,再主动继续。探索模式可以改变内圆大小、圆环面积,并拖动移出过程;固定讲解的声音会停止。

先解释,再展开核对

检查1:同样的两层正方形结构,如果圆环面积改为16,阴影面积是多少?哪一步关系保留?

展开检查1

仍有圆环=π×阴影。πS=16,所以S=16/π。改变的是已知面积,两个面积共享R²−r²的关系保留。

检查2:如果题目明确把圆环面积改成8π,答案会怎样?这和本题给8相同吗?

展开检查2

这是另一组已知条件。πS=8π,阴影面积S=8;本题是πS=8,答案为8/π,两者不同。

检查3:圆环面积保持8,仅改变内圆大小,且两层方框仍分别为以R、r作边长的正方形。阴影面积会变吗?

展开检查3与适用边界

不变。圆环=π(R²−r²)始终为8,所以两正方形的差R²−r²始终为8/π。两正方形各自面积可以变化,差保持。

这套理由依赖两层方框的边长分别是R、r。如果条件改成长、宽不同,且不再都等于相应半径的长方形,就不能直接把它们的面积写成R²、r²。先认阴影的实际边界和边长,再选面积关系。

用同一面积差,做一道中考真题

下面的阴影是圆环中的一部分。仍先做大减小,再乘共同的圆心角份额;和本题直接联系的是同一个R²−r²。

2023·四川雅安·第8题

如图,某小区要绿化一扇形OAB空地,准备在小扇形OCD内种花在其余区域内(阴影部分)种草,测得∠AOB=120°,OA=15m,OC=10m,则种草区域的面积为(  )

OABCD
原题按题意重绘:两扇形共用圆心O和两条边,外弧端点为A、B,内弧端点为C、D;灰色是种草的扇环。

A.25π3 m2\frac{25\pi}{3}\,\mathrm{m}^2

B.125π3 m2\frac{125\pi}{3}\,\mathrm{m}^2

C.250π3 m2\frac{250\pi}{3}\,\mathrm{m}^2

D.1253 m2\frac{125}{3}\,\mathrm{m}^2

先独立选择,再展开解析

答案B,种草面积为125π/3平方米。

两个扇形共用圆心O和两条边,圆心角相同,均占一圈的120°÷360°=1/3。外半径OA=15m,内半径OC=10m。

先求完整圆环:π×(15²−10²)=π×(225−100)=125π平方米。再取其中1/3,得到125π/3平方米。

也可分别算两个扇形:大扇形75π,小扇形100π/3,相减仍是125π/3平方米。

本题直接训练“共同乘数×两个平方的差”;没有要求把扇环误看成正方形。方框题还须先用实际边长确定灰色区域。

试卷原题:2023年四川省雅安市中考数学真题(公开重排卷,首面第8题)。题干、四个选项及A/B/C/D/O图示已逐项核对;图按题意重绘。